微型節流制冷器廣泛用于冷卻紅外探測器，是一種比較成熟的技術。20 世紀90 年代，美國ENDOCARE公司利用微型節流制冷器技術發明第一代CRYOCARE(氬氦刀)系統。氬氦刀系統原理是利用焦耳-湯姆遜效應，在常溫下高壓氬氣節流快速降溫，高壓氦氣節流快速制熱，高低溫快速交替殺死癌變細胞。該技術在低溫醫療中已快速推廣應用，并在各種癌癥治療中取得了比較好的治療效果。國內在微型節流制冷器技術上已開展了多年研究，積累了豐富的技術基礎，但在低溫醫療上的應用還處于起步階段。文章提出低溫醫療在未來有廣闊的發展前景，倡議國內相關微型節流制冷器的研制單位將該技術應用于低溫醫療。

　　引言

　　微型節流制冷器長期用于冷卻紅外探測器組件，由于啟動時間快、干擾小、成本低廉等原因，在紅外制導等武器系統中得到廣泛應用。如何將軍工高科技轉化為民用技術，一直是該領域科研人員不斷探索的問題。1993年6月，美國ENDOCARE公司利用微型節流制冷器技術發明第一代CRYO⁃CARE(氬氦刀)系統，該系統采用多項美國航天技術專利研制而成，將微型節流制冷技術引入低溫醫療，該技術兼具超低溫冷凍、介入治療和免疫治療等多重效能。1999年，我國張積仁教授引進亞洲第一臺CRYOCARE系統，首次將其命名為“氬氦刀”。

　　1、原理

　　氬氦刀的工作原理是利用焦耳-湯姆遜原理，即當氣體在管道中流動時，由于局部阻力，如遇到縮口和調節閥門時，其壓力顯著下降，這種現象叫做節流。大多數氣體遭遇節流后溫度將下降，如氬氣和氧氣。而某些氣體，例如氫氣和氦氣，溫度反而上升。

　　在紅外制導中，微型節流制冷器只考慮制冷。但在低溫醫療系統中，需要高低溫快速交替殺死癌變細胞，因此在氬氦刀系統中，需要增加制熱系統。氬氦刀系統[2-3]主要由冷刀、制冷系統、制熱系統、溫度檢測系統構成，有些設備集成了CT、B超等監控系統，其系統簡要結構如圖1所示。

圖1 氬氦刀系統簡要結構

　　氬氦刀的工作原理：利用在常溫下氬氣快速節流制冷原理產生快速降溫，利用在常溫高壓下氦氣節流制熱原理快速恢復溫度。氬氣和氦氣儲存于氣瓶中。氬氣的降溫和氦氣的升溫均在極短時間內發生。氬氦刀的工作壓力在31 MPa，采用氬氣作為制冷工質，數十秒(一般小于50 s)內即可使針尖溫度降至-175 ℃，根據治療需要，冷凍幾分鐘到十幾分鐘之后又采用氦氣作為制冷工質，在數十秒(一般小于50 s)內使溫度升至45 ℃，根據治療需要，如此往復治療多次。降溫和升溫速度(通過調節氣體壓力和氣體流量實現)、制冷時間和溫度，可通過冷-熱轉換系統預先精確設定或自動控制，其結構如圖2所示。

　　氬氦刀冷刀為中空穿刺刀，直徑從1.47~8 mm。翅片管采用螺旋繞制的方式纏繞在芯軸的外表面，構成氬氦刀的熱交換器，工作時高壓氬氣通過翅片管的內部進入，在氬氦刀的前端節流噴嘴處發生節流制冷，將氬氦刀尖快速冷卻，回流氣體從翅片管外部走，與翅片管內的氣體發生熱交換，預冷翅片管內的入流氣體。刀尖可在幾十秒內達到-175 ℃。為了保護穿刺過程中，對正常組織的保護，只對癌變細胞進行治療，氬氦刀的刀柄采用絕熱層，只在刀尖2～3 cm處產生制冷。氬氦刀的頂端有測溫元件，可實時獲取刀尖的溫度。當需要快速制熱回溫時，氬氣關閉，進入的氣體變成高壓氦氣，節流制熱，將刀尖快速回溫到45 ℃。

圖2 氬氦刀自測溫冷刀內部解剖圖

　　3、治療原理與應用

　　3.1、治療原理

　　氬氦刀系統快速冷凍和快速升溫使冰晶迅速在細胞內外形成并崩解，細胞線粒體消失，血管基底膜斷裂，細胞核碎裂或溶解，直接導致細胞死亡。冷刀治療迅速引起細胞結構損害，腫瘤細胞膜離子通道障礙，細胞內外電解質和滲透壓失衡和蛋白質變性，從而殺死癌細胞。

　　3.2、應用

　　從美國氬氦刀和以色列伽利略的網站報道的數據可知，目前美國已有450多家醫院，1 500多名醫生，每年采用氬氦刀進行1 萬多例腫瘤患者治療。而以色列的伽利略生產的氬氦刀目前在歐美及全球已銷售400多臺。國內的幾十家著名的腫瘤醫院也開展了這方面的工作，并進行了各類腫瘤手術治療幾千起。從這些報道看，進行低溫冷刀治療后，都取得了較好的治療效果。

　　采用氬氦刀治療腫瘤操作簡單、腫瘤消融效果確切、適應癥廣、對病人損傷小、靶向性強、治療中靶區可實時監測，能迅速減輕中晚期癌癥患者的痛苦和提高生存質量，已成為目前國際上低溫靶向治療領域高科技發展的更新換代技術。

　　目前，氬氦刀已廣泛應用于各種癌癥、腫瘤治療。適用于肝癌、肺癌、腦瘤、胰腺癌、甲狀腺癌、前列腺癌、腎及腎上腺腫瘤、腹腔及盆腔腫瘤、骨腫瘤、軟組織腫瘤、頭頸及皮膚腫瘤、轉移性胃腸腫瘤等實體腫瘤、良性腫瘤及良性增生病變、前列腺增生、乳腺腫瘤、血管瘤、肉瘤、子宮肌瘤、囊腫、疣、痔瘡、癌前病變、口腔白斑病等。是一種多用途、有效的治療手段。

　　4、優缺點

　　與傳統的液氮刀采用的液氮浸泡式或蒸發液氮方式相比，氬氦刀的結構要更復雜，設備成本也相對昂貴，但氬氦刀相對于傳統的治療手段有以下優點;

　　(1)手術時間比常規手術大大縮短，冷刀直徑比傳統的液氮刀小，創傷很小，出血極少，有利于保護機體免疫力;(2)氬氦刀插入到病變組織后再啟動，避免在插入的過程中凍傷無病變組織;(3)可以反復做手術，對復發或多器官轉移者尤為適宜;(4)減少擴散機會;(5)手術成功率可達到98 % 以上;(6)手術并發癥少;(7)適合綜合治療;(8)適應性廣，可用于多種腫瘤癌癥的治療;(9)采用氬氣、氦氣作為制冷工質，手術費用較低。

　　5、小結

　　從國內外的應用和治療效果可見，低溫微型醫療技術有廣闊的應用和發展前景。國內的相關科研單位，早在上世紀，就開展了很多關于微型節流制冷技術的研究，取得了可喜的成果，奠定了該領域研究的堅實基礎，但并未轉化為民用技術。相關院校和單位也進行了這方面的研究，但未形成產品。基于成熟的技術和廣闊的市場前景，建議從事該領域的科研人員和單位，抓住微型節流制冷低溫冷凍醫療仍然處于起步階段和已掌握的成熟技術，盡快將該技術民用化、產品化，占領這個市場。